隧道工程专题

• 基于PDHFLS-BWM的山岭隧道坍塌风险评估研究与应用

  刘光凤;胡赛妮;张帆;

  为降低山岭隧道坍塌风险评估中存在的随机性与犹豫模糊性，弥补现有研究难以量化上述特征的问题，综合运用概率对偶犹豫模糊语言集(PDHFLS)和最优-最劣法(BWM)进行风险评估。首先，基于风险传导理论，对近几年典型的山岭隧道坍塌事故进行风险演化分析，再结合风险因素的事故发生频次和文献统计频次，选取27个风险因素建立评估指标体系。其次，引入PDHFLS关联系数和BWM分别计算专家权重和风险因素评估指标的标准权重，并将标准权重与专家权重加权计算风险因素权重。接着，运用专家权重和指标权重对风险因素的概率对偶犹豫模糊语言数进行加权平均，得到综合概率对偶犹豫模糊语言数，据此判定关键风险因素和坍塌风险等级。最后，以某山岭隧道工程为例验证该方法的可行性和有效性。研究结果表明：该评估方法较准确地量化了评估信息的犹豫模糊性和随机性特征，评估结果与工程实际相符，具有良好的适用性。

  2025年06期 v.37;No.178 1-8+18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1302K]
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• 基于Kerr地基模型的盾构斜交下穿引起既有隧道的竖向位移分析

  谢广州;王颖轶;黄醒春;

  盾构开挖会引起上部既有隧道的竖向位移和隧道管节之间的差异沉降，然而现有的理论研究一般将既有隧道简化为Euler梁并搁置在Winkler地基模型上，既未考虑土体和既有隧道的剪切效应，也忽略了管节接头的差异沉降。对此将既有隧道简化为考虑剪切效应的Timoshenko梁并搁置在Kerr地基模型上，将管节接头简化为一根抗剪弹簧和一根抗弯弹簧。利用有限差分法并结合边界条件求得既有隧道轴线处的竖向位移，再考虑管节接头的差异沉降并对竖向位移进行修正，最终得到既有隧道竖向位移的理论解答。将计算结果与模型试验数据和数值模拟数据进行对比，证明了所建立模型的准确性。分析Kerr地基模型中的参数取值对既有隧道竖向位移的计算结果的影响，发现竖向位移随着地基厚度增大而非线性减小，随着Kerr地基模型中上层弹簧相对于下层弹簧的相对刚度增大而线性增大，随着地基弹性模量增大而非线性增大，且上层弹簧相对于下层弹簧的相对刚度对计算结果影响最大，同时研究也证明了该相对刚度取值为1.9的正确性。

  2025年06期 v.37;No.178 9-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2232K]
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• 大直径盾构尾盾变形矫正加固技术研究

  钱若霖;苏佩;李艺林;

  某大直径河底隧道盾构施工掘进时，其撑靴板与导向条卡死，导致尾盾钢板发生较大变形。以该工程为依托，介绍了一种尾盾变形矫正加固技术，首先开孔排砂以减小变形区域压力，然后使用液压油缸顶推预制环形工装对变形区域施加外力进行矫正，待矫正全部完成后，对变形区域再进行局部加固。结果表明：该工法顺利解决了大直径盾构尾盾变形修复的难题，在实际工程中应用方便且效果良好，可为类似工程提供借鉴与参考。

  2025年06期 v.37;No.178 19-22+61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1380K]
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• 基于组合赋权云模型的隧道运营安全风险评估

  李斌;王松涛;王智佼;莫镇宁;周广振;

  针对公路隧道运营安全风险评估存在主观性强和模糊性的问题，提出了一种基于组合赋权云模型的隧道运营安全风险评估方法。通过对隧道运营安全风险影响因素的分析，构建了风险评估指标体系，利用层次分析法(AHP)和改进的通过指标间相关性确定指标权重法(CRITIC)分别计算指标的主客观权重，并基于博弈论对主客观权重进行组合，使计算的指标权重遵循一定的客观规律。同时引入云模型理论，构建了风险评估指标云模型数字特征，解决了指标风险等级隶属度模糊的问题。选取已运营隧道进行验证分析，结果表明：在构建的风险评估指标体系中，车速变异系数在隧道运营安全影响中占有较大的权重，因此应增强对行车速度的管控。相比于其他方法，基于组合赋权云模型的方法更能表现出风险评估过程中的模糊性，能够识别运营安全薄弱环节，为隧道隐患主动防控指明了方向，保障了隧道的运营安全。

  2025年06期 v.37;No.178 23-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 1534K]
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建筑科学

• 基于咬合角度控制的折线型咬合桩抗弯承载特性研究

  闫文进;曹程明;龙照;郭志元;时轶磊;

  咬合桩支护结构的变形受桩间距、桩径等多种因素影响，其中荤素桩的布桩方式以及素桩作用对支护结构的整体抗弯特性产生了很大影响。以咬合桩中荤素桩的咬合角度为变量，利用等效刚度法对咬合桩围护结构的抗弯刚度进行理论计算，并结合PLAXIS有限元软件对桩体抗弯承载特性进行模拟。研究分析表明，随着钢筋混凝土桩和素混凝土桩咬合角度不断增大，等效墙体厚度不断增加，桩体抗弯刚度不断增大，桩体侧向位移不断减小，说明咬合角度的增加对于控制基坑稳定性及基坑变形有较为突出的作用。综合对比桩体抗弯刚度、侧向位移、轴向刚度等因素后认为，当桩体咬合角度介于25°～35°时，桩体抗弯承载特性处于最佳状态。

  2025年06期 v.37;No.178 32-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 2152K]
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• 矿渣微粉-水泥复合胶凝体系早期强度演化规律及其预测模型改进

  刘龙基;刘尊青;谢海巍;瓦依提·力提甫;

  研究矿渣微粉-水泥复合胶凝体系中矿渣微粉掺量对胶砂试件早期抗压强度发展的影响，并寻求准确的强度预测方法。制备40 mm×40 mm×160 mm矿渣微粉-水泥复合材料胶砂试件，检测其不同龄期下的抗折与抗压强度，并以此为基础展开分析。基于fib model code 2010模型对比分析强度预测影响因子s的改进公式，提出一个以矿渣微粉掺量为主要变量的经验函数，描述影响因子s随矿渣微粉掺量占胶凝体系比例大小的变化。通过新的修正强度预测模型将胶砂抗压强度预测结果与试验结果及以往研究试验数据进行对比并分析误差情况。研究结果表明，矿渣微粉掺量与强度呈负相关，且随着掺量增加，CaO含量降低，水化硫铝酸钙生成受抑，火山灰效应减弱，导致早期力学强度逐渐下降；此外，还发现以矿渣微粉掺量为主要变量的经验函数可以准确评估矿渣微粉-水泥复合胶凝体系的早期强度发展情况。

  2025年06期 v.37;No.178 39-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 2370K]
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• 细骨料全再生的水泥混凝土配合比设计优化

  高飞凡;石振武;徐传浩;邓春瑶;

  为应对砂石资源的日益匮乏，探索再生细骨料完全替代天然细骨料制备再生混凝土的可行性。以立方体抗压强度和劈裂抗拉强度作为评估指标，采用粉煤灰取代率(A)、水胶比(B)、砂率(C)、再生粗骨料取代率(D)和空列(E)作为参数设计五因素四水平正交试验，结合试件破坏形态、试验数据的极差与方差分析及扫描电子显微镜(SEM)微观结构观察，系统分析各因素影响机制，从而为优化配合比设计提供理论支撑。试验结果表明：再生骨料因微裂缝多、强度低，相较天然骨料断裂数量更多且断裂面不平整，各因素对抗压与劈裂抗拉强度的影响程度大小排序一致，即再生粗骨料取代率(D)>水胶比(B)>粉煤灰取代率(A)>砂率(C),强度随粉煤灰取代率(A)、水胶比(B)和砂率(C)的增大先增后减，随再生粗骨料取代率(D)的增加持续下降；借助SEM对照不同配比发现，强度较高的配比其微观结构呈现高度的密实性；最佳配合比为A2B2C3D1,即粉煤灰取代率为10%、水胶比为0.36、砂率为0.40、再生粗骨料取代率为30%;此外，细骨料全再生的不同砂率对力学性能影响最小，这为废弃混凝土的有效利用提供了重要参考。

  2025年06期 v.37;No.178 47-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1587K]
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• 广州白云站大悬挑钢结构支撑卸载方案优化研究

  魏嘉伟;辜卢峰;张浩;王泽寒;

  广州白云站东西外花瓣钢结构为大悬挑格构式变径斜柱结构，其结构形式复杂、施工难度高，为研究支撑不同卸载过程对花瓣钢结构的影响并得到该结构临时支撑的合理拆卸方案，利用ANSYS建立了花瓣钢结构和临时支撑一体化计算模型，模拟结构安装和不同的支撑拆卸过程，将全部单元“杀死”后按照实际拼装顺序逐步“激活”各结构单元，模拟花瓣钢结构拼装完成的初始状态，根据对4种支撑拆卸方案以及2种优化方案的模拟计算，得到初始状态下和不同支撑拆卸过程中的支撑反力、结构变形、结构应力等数据，通过对比优化得到了该结构的合理拆卸方案。研究表明：优化后拆卸方案的最大支撑反力相比其他方案的最大支撑反力减小了40%,优化后拆卸方案的结构应力及位移变化更加平稳，并可以避免产生对整体站房结构不利的内力，说明通过优化整体结构由施工状态转变为设计状态的过程更加安全，可为类似工程提供参考。

  2025年06期 v.37;No.178 55-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 2883K]
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• 斜向约束拉杆钢板剪力墙抗震性能研究

  申彦利;张浩;杜鹏;安百平;景帅帅;

  为解决钢板剪力墙超强的问题，提出一种可根据抗震设计需求确定尺寸的斜向约束拉杆钢板剪力墙，并分析影响斜向约束拉杆钢板剪力墙耗能性能的因素。采用ABAQUS有限元分析软件对斜向约束拉杆剪力墙模型的中心剪力墙的尺寸、高厚比、跨高比等进行了变参数分析，获得了各自的承载以及耗能性能。结果表明，斜向约束拉杆钢板剪力墙结构承载力与中心钢板剪力墙的尺寸相关，中心钢板墙的尺寸越小，承载力越低，但承载力下降幅度不大；在模拟的几种剪力墙尺寸中，当中心钢板剪力墙面积为外框架包围面积的1/8时，结构的延性以及变形能力最好；当约束拉杆的刚度增大至中心剪力墙刚度的1.1倍后并继续增大时，其对中心钢板剪力墙的耗能影响较小；中心钢板剪力墙的耗能和其形状有关，其高宽比与外框架的高宽比越接近，耗能越大。

  2025年06期 v.37;No.178 62-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 2776K]
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• 大型浮式风机纤维混凝土平台设计及水动力性能分析

  李正臣;宋昊泽;卢天钰;武昱欣;

  为满足海上风力发电朝着更深海域、更大容量方向发展的需求，并增强成本效益，提高环境适应性和工程可行性，针对IEA 15 MW风机的Volturn US-S浮式纤维混凝土平台及其系泊系统进行设计和水动力分析。建立该平台的水动力模型，通过AQWA进行频域水动力分析。计算Volturn US-S的附加质量、辐射阻尼等水动力系数，分析了浮式平台的一阶波浪力函数、幅值响应算子以及不同入射角度的变化趋势。结果表明：一阶波浪力在垂荡方向对入射角度的敏感度最低，在艏摇方向对入射角度变化的反应最剧烈，在垂荡方向对入射角度的变化不太敏感，而在横摇、纵摇方向对入射角度变化较为敏感。

  2025年06期 v.37;No.178 69-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2135K]
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地质资源与能源勘探开发

• 高地应力作用下上解放层开采卸压特性研究

  郭延华;范殷朕;王腾蛟;马一鸣;

  深部煤矿不仅受到垂直应力的作用，同时受到强构造应力的作用，研究高地应力作用下上解放层开采卸压特性具有重要意义。通过构建以水平构造应力为主的上解放层卸压开采力学模型，获得垂直应力增量解析解方程；利用Matlab以及FLAC~(3D)软件，将理论分析与数值模拟结果进行对比，综合分析上解放层回采前后及沿工作面倾向方向煤岩体的垂直应力变化规律。研究结果表明：上解放层回采前，被解放层原岩垂直应力约为21 MPa,回采后被解放层垂直应力最低值约为1.7 MPa,卸压率最大达92%;上解放层回采后，当下伏煤岩体与采空区处于同一倾向范围内时，煤岩体垂直应力显著低于原岩垂直应力，煤岩体应力得到释放，表明了高地应力作用下，上解放层开采对被解放层具有显著的卸压效果。

  2025年06期 v.37;No.178 76-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 2111K]
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• 煤层开采覆岩运移规律及沉陷数值模拟研究

  井庆贺;刘清臣;李金平;邹迪;杨逾;

  为揭示浅埋近水平厚煤层开采覆岩运移及地表沉陷规律，以内蒙古自治区某煤矿为工程背景，采用“相似模型+模拟计算”耦合方法，引入概率积分函数构建了Usher动态沉陷预测模型，并运用FLAC~(3D)数值模拟煤层开采覆岩运移过程，将模拟计算曲线与物理模型数据对比验证，评估模型预测覆岩及地表动态沉陷的准确性。研究结果显示：近水平厚煤层开采后空区覆岩塌陷形态沿走向呈正梯台状对称分布，岩层裂隙发育可划分为底部破碎垮落带、中部空洞裂隙带和表层弯曲下沉带3个区域；随着开采宽度的增加，上覆岩沉陷影响区域以开切眼为原点呈辐射状增大，最终以工作面为终点收聚；数值模拟所得上覆岩层沉陷值与物理模型监测结果总体趋势一致，综合误差率为19.21%。研究表明，所构建的Usher动态沉陷预测模型可为浅埋近水平厚煤层开采的覆岩运移趋势、采空区裂隙带分布预测等提供参考，对地表沉陷影响范围评估具有一定意义。

  2025年06期 v.37;No.178 84-89+134页 [查看摘要][在线阅读][下载 2398K]
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• 基于可解释性机器学习算法的煤岩体抗压强度预测

  李寿君;张晓峰;刘晋升;路辉;杨逾;

  准确预测煤岩体的抗压强度对研究煤岩力学行为及工程设计评估具有重要意义。为了精确评估煤岩体的抗压强度，提出了一种使用极端梯度提升算法(XGBoost)、反向传播算法(BP)以及经鲸鱼算法优化后的BP算法(WOA-BP)来建立相对应模型从而预测煤岩体的抗压强度的方法。此外，为了探明各个输入变量因素(干密度、P波波速、施密特锤回弹值)对煤岩体的抗压强度的影响占比，在XGBoost模型的基础上引入了SHAP分析方法，获得了不同因素的抗压强度影响排序。结果表明：与其他两种预测模型相比，XGBoost模型的预测精确度更高，具有更好的泛化能力，其训练集和测试集的相关系数R~2分别达到0.948 4、0.911 7。通过SHAP分析得到了影响因素从高到低的排序：施密特锤回弹值、P波波速、干密度。同时，基于XGBoost方法建立的模型对煤岩体抗压强度的预测具有较高的精度，可为实际工程施工起到一定的参考作用。

  2025年06期 v.37;No.178 90-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1723K]
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• 基于多重集成学习的塔中地区中古8井区奥陶系鹰山组缝洞体类型划分

  雷湘杨;徐守余;

  中古8井区奥陶系碳酸盐岩缝洞体受到多期构造作用控制，导致缝洞体尺度差异大、分布规律性不强，致使油藏精细描述困难。研究通过野外露头考察、岩心观察、测井、地震资料综合分析，结果表明中古8井区鹰山组碳酸盐岩基质致密，有效储集空间为洞穴、溶蚀孔洞、裂缝，依据储集空间类型将缝洞体划分为洞穴、溶蚀孔洞、裂缝和孔缝组合体4类。在研究区岩心、成像测井和常规测井资料丰富的井中取样，根据不同类型缝洞体的测井响应特征，建立缝洞体测井识别样本集，基于多重集成学习的思想，选取支持向量机、决策树、人工神经网络为基分类器，利用样本集将基分类器训练为强学习器，运用强学习器对研究区缝洞体进行识别划分，利用成像测井资料对划分结果进行比对，发现识别正确率在90%以上。

  2025年06期 v.37;No.178 97-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1931K]
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• 机器视觉下油气井场可燃气体泄漏三维巡检

  袁良;

  为提升油气井场可燃气体泄漏巡检的精度与效率，提出一种基于机器视觉的油气井场可燃气体泄漏三维巡检方法。油气井场可燃气体泄漏三维巡检技术架构由网络通信控制模块、环境感知模块和逻辑控制模块组成，其中网络通信模块基于机器人操作系统服务，将云计算集群经无线网关与环境感知模块连接；环境感知模块集成云台式激光气体监测仪及搭载激光雷达、热成像摄像头的巡检机器人，实时采集油气井场数据；逻辑控制模块经嵌入式板规划巡检路径，驱动巡检机器人，并处理点云数据，构建PDMS三维模型，同时实现可燃气体泄漏的检测及定位。最终，工控机展示三维场景及泄漏检测结果，实现油气井场的三维巡检。实验结果表明：该方法具备较好的智能巡检机器人巡检导航规划能力、点云数据预处理能力以及可燃气体泄漏检测与定位能力，具有良好的工程应用前景。

  2025年06期 v.37;No.178 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1959K]
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工程技术

• 升降式止回阀轻量化低流阻结构优化设计

  张希恒;冯铄;薛睿渊;秦永胜;叶建中;

  在升降式止回阀的设计与研发中，提升阀门的流通能力并减少正向流动时的流阻系数是核心研究课题。以DN25升降式止回阀为例，首先将该阀门通过流量流阻试验系统所测得的流阻系数与CFD仿真模拟所得的流阻系数进行对比，验证分析CFD仿真模拟所得出结果的可靠性。其次，将阀门流道结构尺寸作为设计变量计算其对阀门流阻系数的影响，以流阻系数及阀门质量作为一组目标参数与设计变量进行敏感性分析。采用拉丁超立方设计法抽样生成BP神经网络模型所需的原始样本，通过数据归一化处理、网络的非线性建模、权值与阈值的确定、选取训练集合及测试集合等步骤，搭建3层神经网络预测模型，拟合输入层与输出层之间的函数关系。通过对设计变量与目标参数关系式求解条件极值，成功实现了升降式止回阀的轻量化和低流阻的结构优化设计。研究结果显示，升降式止回阀的流阻系数与流道结构形状密切相关，优化后的阀门流阻系数较原设计降低了27.34%,阀门质量减少了7.84%。

  2025年06期 v.37;No.178 113-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 2144K]
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• 自适应摩擦阻力系数的水动力特性计算模型

  汪艳华;李瑞宇;杨景泉;江志铭;杨家辉;

  准确计算电站锅炉水动力特性对发电系统的安全运行至关重要。本次研究旨在通过改进摩擦阻力压降的计算方法以优化水动力特性计算模型，提高电站锅炉受热面管内工质流动特性的计算准确性。通过将单管离散化为多个管段，并结合传热模型、压降模型以及水的物性模型，建立了水动力特性计算模型，在此基础上，将模型中的摩擦阻力系数视为变量，通过受热面进出口压力实测数据自动求解该变量，使模型可以依据实际运行参数对摩擦阻力系数进行自动修正。选取了一台超临界锅炉的水冷壁系统作为测试对象，在所测试的工况下，该模型得到的出口压降偏差和温度偏差分别控制在0.001 MPa和0.2℃以内。与传统的定摩擦阻力系数模型相比，该模型的出口压力偏差和温度偏差平均减少了0.204 MPa和1.4℃。计算结果显示，随着工作压力的降低，摩擦阻力系数呈现下降趋势，水冷壁摩擦压降和重位压降均减小，但摩擦压降的减小速率更大，导致重位压降逐渐取代摩擦压降的主导地位。此外，模型所计算的工质压力和温度变化曲线也与理论分析结果相符。研究表明，通过自适应摩擦阻力系数优化水动力特性计算模型，可以显著提高水动力特性的计算准确性，具有良好的应用价值。

  2025年06期 v.37;No.178 121-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 1474K]
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• 孤网运行期间低频低压减载装置拒动风险识别

  高明亮;何莹;霍晓燕;郭皛;张连超;

  针对孤网运行稳定性控制难度较高的问题，提出孤网运行期间低频低压减载装置拒动风险识别方法。选取小波阈值去噪法对采集到的孤网运行期间低频低压减载装置电压信号进行两层小波分解；利用小波逆变换重构信号，通过软件测频法采样去噪后的电压信号，并计算信号的实际功率和功率变化率；为了进一步提升L1范数最优化性能，引入权值矩阵对L1范数进行稀疏化重加权；采用重加权L1优化主元分析构建改进稀疏主元分析特征提取模型，通过投影提取低频低压减载装置拒动风险主元向量集；引入T~2统计量、预测误差平方和(SPE)统计量判断孤网运行期间低频低压减载装置是否存在拒动风险，若存在，则通过BP神经网络进一步确定拒动风险类型，实现孤网运行期间低频低压减载装置拒动风险识别。实验结果表明，该方法识别的每个拒动风险类型下分类错误个数更少，误检率和漏检率分别降低至8.84%和1.78%,覆盖率提高到98.09%。

  2025年06期 v.37;No.178 128-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1522K]
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• 高新能源渗透率源荷储灵活性资源协同配置

  陈宝生;张泽龙;杨龙雨;杨燕;刘治军;

  在“双碳”目标背景下，我国正在逐步构建高渗透率新能源并网的新型电力系统。为了适应高渗透率新能源并网对电力系统带来的挑战，提出了一种基于源荷储灵活性供需平衡的规划配置方法。该方法通过分析高比例新能源系统的灵活性供需来源与平衡机制，建立高新能源渗透率系统灵活性资源规划配置的双层模型。上层模型以系统投资总成本最小为优化目标，求解高新能源渗透率下系统灵活性资源配置容量；下层模型以源荷储系统运行成本最小为目标，实现基于灵活性供需平衡机制的源荷储系统典型日运行调度优化。借助KKT条件和Big-M法对此双层混合整数非线性模型进行求解。算例基于中国西北某区域数据，采用马尔科夫修正的灰色时间序列预测方法设定2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”情景。算例结果表明新能源渗透率的提升导致供电成本增加，灵活性需求上升，尽管储能对系统灵活性贡献显著，但因目前调用成本较高，并非首选配置。因此合理配置储能对保障系统稳定经济运行至关重要，能够实现更全面高效的系统调度优化。

  2025年06期 v.37;No.178 135-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 1973K]
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• 基于分级树状级联分类算法的输电线路日夜一体可视化监测方法

  刘礼良;王小军;赵雁荣;袁登堂;李家豪;

  为确保输电线路稳定运行，研究基于分级树状级联分类算法的输电线路日夜一体可视化方法，提升输电线路日夜一体可视化监测效果。通过800万像素日夜摄像头实时采集输电线路图像；利用Hough变换算法在输电线路图像内提取输电线路；利用软级联加性核化支持向量机算法构建输电线路监测简单分类器；结合郊狼优化算法，优化简单分类器，建立输电线路日夜一体监测的简单分类器；利用决策树级联简单分类器得到分级树状级联分类器，以提取的输电线路为数据样本，输入分级树状级联分类器，输出输电线路日夜一体监测结果；在Google Earth软件内导入监测结果，实现输电线路日夜一体监测结果的可视化显示。试验结果表明：该方法可有效实时采集白天与黑夜的输电线路图像，并有效提取输电线路，能够有效实现输电线路日夜一体可视化监测；对于不同输电线路运行情况，该方法可视化监测的可信度较高，效果较优。

  2025年06期 v.37;No.178 146-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1365K]
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